CN107681911B - 一种z源三电平四桥臂光伏逆变器控制方法 - Google Patents

一种z源三电平四桥臂光伏逆变器控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Z源三电平四桥臂光伏逆变器控制方法,其内容是:首先,调制波分别与载波C1和C2通过比较得到逻辑信号S1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c,再由S1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c经逻辑电路加法运算后得矢量SA、SB、SC,矢量SA、SB、SC经第四桥臂调制策略后得矢量SA、SB、SC、SD,矢量SA、SB、SC、SD在逻辑电路中按相应的对应关系分别对应得16个逻辑信号g11‑g44;由载波C1和C2与vH和vL比较得到直通信号D,最后将16个逻辑信号g11‑g44与直通信号D经本发明中的逻辑电路得到开关信号S11‑S44。本发明方法提出的这种控制策略,解决了Z源三电平四桥臂光伏逆变器中的漏电流问题,同时系统直流电压利用率高,而且本发明提出的控制方案电路结构简单,易于实现。

Description

一种Z源三电平四桥臂光伏逆变器控制方法
技术领域
本发明属于电力电子变换领域,涉及逆变器控制技术,尤其是一种Z源三电平四桥臂光伏逆变器控制方法。
背景技术
与传统的两电平逆变器相比,多电平逆变器具有开关器件耐压等级要求低、输出波形谐波含量小等优点,在光伏发电系统中得到广泛应用。传统光伏逆变器其本质上是一个降压变换器。光伏极板输出电压取决于包括天气在内的诸多因素,由于没有变压器的调节作用,光伏极板输出电压变化范围较大。为了获得足够大的并网电压,通常会在逆变器前级加入一个boost升压电路。两级电路导致复杂的电路结构和控制算法,增加了系统成本。此外,传统逆变器每个桥臂的上下开关器件有可能会直通,这会导致较高的桥臂电流,从而损坏器件。为了解决这个问题,可在逆变器前端加入Z源升压网络,组成Z源变换器。Z源变换器可以通过控制直通分量的大小来进行升降压变换,因此可以不用加入前级升压电路。由于光伏系统和大地之间存在寄生电容,光伏逆变器控制不当将造成寄生电容两端电压出现高频分量,进而引起漏电流。漏电流会导致光伏逆变器输出电流畸变、产生电磁干扰等问题。
采用先进调制策略是漏电流的解决方案之一。目前三相Z源光伏逆变器漏电流抑制调制策略主要针对于Z源三电平三桥臂逆变器和Z源两电平四桥臂逆变器,迄今为止,没有针对于Z源三电平四桥臂逆变器的漏电流抑制方案。因此,亟需一种能够有效抑制漏电流的Z源三电平四桥臂逆变器控制方案。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点,提供一种Z源三电平四桥臂光伏逆变器控制策略。
为了解决上述存在的技术问题,本发明采用的技术方案是:一种Z源三电平四桥臂光伏逆变器控制方法,该方法内容具体包括如下步骤:
(1)对于Z源三电平四桥臂光伏逆变器,首先,调制波分别与三角载波C1和C2通过比较器比较后得到逻辑信号S1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c,具体实现过程为:当大于C1时逻辑信号S1a等于1,否则逻辑信号S1a等于0;当大于C2时,逻辑信号S2a等于1,否则逻辑信号S2a等于0,同理可得逻辑信号S1b、S2b、S1c、S2c
(2)逻辑信号S1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c经过逻辑电路的加法运算后得矢量SA、SB、SC,具体实现过程为:SA=S1a+S2a,SB=S1b+S2b,SC=S1c+S2c
(3)矢量SA、SB、SC经过第四桥臂调制策略SA+SB+SC+SD=4即
SD=4-SA-SB-SC (1)
得矢量SA、SB、SC、SD,具体过程为:
SA、SB、SC为020时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0202;
SA、SB、SC为220时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2200;
SA、SB、SC为200时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2002;
SA、SB、SC为202时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2020;
SA、SB、SC为002时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0022;
SA、SB、SC为022时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0220;
SA、SB、SC为120时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1201;
SA、SB、SC为210时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2101;
SA、SB、SC为201时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2011;
SA、SB、SC为102时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1021;
SA、SB、SC为012时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0121;
SA、SB、SC为021时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0211;
SA、SB、SC为121时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1210;
SA、SB、SC为110时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1102;
SA、SB、SC为211时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2110;
SA、SB、SC为101时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1012;
SA、SB、SC为112时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1120;
SA、SB、SC为011时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0112;
SA、SB、SC为111时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1111;
当SA、SB、SC、SD为上述的19个矢量时,能满足第四桥臂调制策略,因此称为有效矢量;
当SA、SB、SC、SD为下述8个矢量时,不能满足第四桥臂调制策略,因此称为无效矢量;
SA、SB、SC为010时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为221时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为122时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为100时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为001时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为212时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为000时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为222时,不满足第四桥臂调制策略;
(4)将19个有效矢量在逻辑电路中按如下对应方法分别得g11-g4416个逻辑信号;
在状态2时,gi1=1,gi2=1,gi3=0,gi4=0;
在状态1时,gi1=0,gi2=1,gi3=1,gi4=0;
在状态0时,gi1=0,gi2=0,gi3=1,gi4=1;其中i=1,2,3,4; (2)
(5)由三角载波与vH和vL相比较得到直通信号D,当三角波C2大于vH或三角波C1小于vL时直通信号D为1,当三角波C2小于vH或三角波C1大于vL时直通信号D为0;
(6)16个信号g11-g44分别与直通信号D经逻辑电路的或门后得16个开关管的驱动信号S11-S44
由于采用上述技术方案,与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明方法提出的这种控制策略,解决了Z源三电平四桥臂光伏逆变器中的漏电流问题,同时系统直流电压利用率高。此外,本发明提出的控制方案电路结构简单,易于实现。
附图说明
图1为Z源三电平四桥臂光伏逆变器的电路原理图;
图2为本发明提出的控制方案开关状态分布图;
图3为本发明提出的控制方案开关信号生成原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施过程对本发明作进一步详细的说明。
(1)图1为Z源三电平四桥臂光伏逆变器的电路原理图,图2为本发明提出的控制方案开关状态分布图,图3为本发明提出的控制方案开关信号生成原理图。对于Z源三电平四桥臂光伏逆变器,首先,调制波分别与三角载波C1和C2通过比较器比较后得到逻辑信号S1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c,具体实现过程为:当大于C1时逻辑信号S1a等于1,否则逻辑信号S1a等于0。当大于C2时,逻辑信号S2a等于1,否则逻辑信号S2a等于0,同理可得逻辑信号S1b、S2b、S1c、S2c
(2)逻辑信号S1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c经过逻辑电路的加法运算后得矢量SA、SB、SC,具体实现过程为:SA=S1a+S2a,SB=S1b+S2b,SC=S1c+S2c
(3)矢量SA、SB、SC经过第四桥臂调制策略SA+SB+SC+SD=4即
SD=4-SA-SB-SC (1)
得矢量SA、SB、SC、SD,具体过程为:
SA、SB、SC为020时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0202;
SA、SB、SC为220时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2200;
SA、SB、SC为200时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2002;
SA、SB、SC为202时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2020;
SA、SB、SC为002时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0022;
SA、SB、SC为022时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0220;
SA、SB、SC为120时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1201;
SA、SB、SC为210时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2101;
SA、SB、SC为201时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2011;
SA、SB、SC为102时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1021;
SA、SB、SC为012时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0121;
SA、SB、SC为021时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0211;
SA、SB、SC为121时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1210;
SA、SB、SC为110时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1102;
SA、SB、SC为211时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2110;
SA、SB、SC为101时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1012;
SA、SB、SC为112时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1120;
SA、SB、SC为011时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0112;
SA、SB、SC为111时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1111;
当SA、SB、SC、SD为上述的19个矢量时,能满足第四桥臂调制策略,因此称为有效矢量。
当SA、SB、SC、SD为下述8个矢量时,不能满足第四桥臂调制策略,因此称为无效矢量;
SA、SB、SC为010时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为221时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为122时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为100时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为001时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为212时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为000时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为222时,不满足第四桥臂调制策略;
当SA、SB、SC、SD为下述8个矢量时,不能满足第四桥臂调制策略,因此称为无效矢量;
SA、SB、SC为010时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为221时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为122时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为100时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为001时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为212时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为000时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为222时,不满足第四桥臂调制策略;
(4)将19个有效矢量在逻辑电路中按如下对应方法分别得g11-g4416个逻辑信号;
在状态2时,gi1=1,gi2=1,gi3=0,gi4=0;
在状态1时,gi1=0,gi2=1,gi3=1,gi4=0;
在状态0时,gi1=0,gi2=0,gi3=1,gi4=1;其中i=1,2,3,4; (2)
(5)由三角载波与vH和vL相比较得到直通信号D,当三角波C2大于vH或三角波C1小于vL时直通信号D为1,当三角波C2小于vH或三角波C1大于vL时直通信号D为0;
(6)16个信号g11-g44分别与直通信号D经逻辑电路的或门后得16个开关管的驱动信号S11-S44
(7)Z源三电平四桥臂光伏逆变器运行状态分成两种,一是直通状态,另一个是非直通状态。
直通状态时,开关状态S11-S44全部为1,此时Z源逆变器后级短路,图1中的二极管D1和二极管D2反向截止,此时漏电流不存在回路。此外,直通状态时,A、B、C、D点对N点电压均为Vdc/2。Z源三电平四桥臂光伏逆变器共模电压定义为VCM=(VAN+VBN+VCN+VDN)/4,因此,此时,共模电压VCM为Vdc/2;
在非直通状态时,当开关管导通时,其对应的Sij=1,否则,Sij=0(i=1,2,3,4j=1,2,3,4)。则逆变器开关状态与输出电压关系为
其中X=A,B,C,D。
本发明中,Z源三电平四桥臂光伏逆变器采用表1中的19个有效矢量,其由图3中本发明提出的控制方式实现。19个有效矢量可以分成四大类,分别为大、中、小、零矢量。
第一类:大矢量,以0202为例,此时对应的开关状态为S11=0,S12=0,S13=1,S14=1,S21=1,S22=1,S23=0,S24=0,S31=0,S32=0,S33=1,S34=1,S41=1,S42=1,S43=0,S44=0,此时UAN和UCN均为(1-BB)Vdc,UBN和UDN均为BBVdc,则共模电压VCM为Vdc/2;
第二类:中矢量,以1201为例,此时对应的开关状态为S11=0,S12=1,S13=1,S14=0,S21=1,S22=1,S23=0,S24=0,S31=0,S32=0,S33=1,S34=1,S41=0,S42=1,S43=1,S44=0,此时UAN和UDN均为Vdc/2,UBN为BBVdc,UCN均为(1-BB)Vdc,则共模电压VCM为Vdc/2;
第三类:小矢量,以1210为例,此时对应的开关状态为S11=0,S12=1,S13=1,S14=0,S21=1,S22=1,S23=0,S24=0,S31=0,S32=1,S33=1,S34=0,S41=0,S42=0,S43=1,S44=1,此时UAN和UCN均为Vdc/2,UBN为BBVdc,UDN均为(1-BB)Vdc,则共模电压VCM为Vdc/2;
第四类:零矢量,只有一个零矢量,即1111,此时对应的开关状态为S11=0,S12=1,S13=1,S14=0,S21=0,S22=1,S23=1,S24=0,S31=0,S32=1,S33=1,S34=0,S41=0,S42=1,S43=1,S44=0,此时UAN、UBN、UCN、UDN均为Vdc/2,则共模电压VCM为Vdc/2;
综上所述,图3中提出的控制策略可以实现表1中的开关状态,实现了系统共模电压恒定,从而使系统漏电流得到有效抑制。
表1开关状态和系统共模电压

Claims (1)

1.一种Z源三电平四桥臂光伏逆变器控制方法,其特征在于:该方法内容具体包括如下步骤:
(1)对于Z源三电平四桥臂光伏逆变器,首先,调制波分别与三角载波C1和C2通过比较器比较后得到逻辑信号S1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c,具体实现过程为:当大于C1时逻辑信号S1a等于1,否则逻辑信号S1a等于0;当大于C2时,逻辑信号S2a等于1,否则逻辑信号S2a等于0,同理可得逻辑信号S1b、S2b、S1c、S2c
(2)逻辑信号S1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c经过逻辑电路的加法运算后得矢量SA、SB、SC,具体实现过程为:SA=S1a+S2a,SB=S1b+S2b,SC=S1c+S2c
(3)矢量SA、SB、SC经过第四桥臂调制策略SA+SB+SC+SD=4即
SD=4-SA-SB-SC (1)
得矢量SA、SB、SC、SD,具体过程为:
SA、SB、SC为020时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0202;
SA、SB、SC为220时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2200;
SA、SB、SC为200时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2002;
SA、SB、SC为202时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2020;
SA、SB、SC为002时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0022;
SA、SB、SC为022时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0220;
SA、SB、SC为120时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1201;
SA、SB、SC为210时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2101;
SA、SB、SC为201时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2011;
SA、SB、SC为102时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1021;
SA、SB、SC为012时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0121;
SA、SB、SC为021时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0211;
SA、SB、SC为121时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1210;
SA、SB、SC为110时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1102;
SA、SB、SC为211时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为2110;
SA、SB、SC为101时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1012;
SA、SB、SC为112时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1120;
SA、SB、SC为011时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为0112;
SA、SB、SC为111时,根据第四桥臂调制策略得SA、SB、SC、SD为1111;
当SA、SB、SC、SD为上述的19个矢量时,能满足第四桥臂调制策略,因此称为有效矢量;
当SA、SB、SC、SD为下述8个矢量时,不能满足第四桥臂调制策略,因此称为无效矢量;
SA、SB、SC为010时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为221时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为122时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为100时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为001时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为212时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为000时,不满足第四桥臂调制策略;
SA、SB、SC为222时,不满足第四桥臂调制策略;
(4)将19个有效矢量在逻辑电路中按如下对应方法分别得g11-g4416个逻辑信号;
在状态2时,gi1=1,gi2=1,gi3=0,gi4=0;
在状态1时,gi1=0,gi2=1,gi3=1,gi4=0;
在状态0时,gi1=0,gi2=0,gi3=1,gi4=1;其中i=1,2,3,4; (2)
(5)由三角载波与vH和vL相比较得到直通信号D,当三角波C2大于vH或三角波C1小于vL时直通信号D为1,当三角波C2小于vH或三角波C1大于vL时直通信号D为0;
(6)16个信号g11-g44分别与直通信号D经逻辑电路的或门后得16个开关管的驱动信号S11-S44
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